JPS60246268A - サイアロン基セラミツクス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 　１− （産業上の利用分野〕 この発明は、切削チップ並びに、ロール、ガイドローラ
ー、シールリング、ロッカーアームデツプ、ノズル類及
びダイス等の耐摩部品として使用するのに適した、従来
のサイアロン（α−ザイアロン、β−サイアロン、α−
サイアロン＋β−サイアロン）基セラミックスに比べて
、耐熱性及び靭性とワイブル係数の向上したサイアロン
基セラミックスに関する。

〔従来技術及びその問題点〕

従来、β−サイアロン形成化合物に、Ｙの酸化物、ＭＯ
の酸化物、Ｃａの酸化物（以下、それぞれＹ２０３　、
　Ｍｉｌｌ　Ｏ，Ｃａ　Ｏテ示す）及び希十類金属の酸
化物のうちの１種以上の酸化物を添加して、焼結するこ
とにより得られたβ−サイアロン粒子を、Ｙ、ＭＯ、Ｃ
ａ及び希土類金属のうちの１種又は２種以上と、Ａｔ、
ｓｔ、ｏ及びＮと不可避不純物から構成されるガラス質
相で結合したβ−サイアロン基セラミックスが知られて
おり、一部使用されている。

前記のＹ２０３　、Ｍ（Ｉ　Ｏ，Ｃａ　Ｏ及び希土類金
属の酸化物のうちの１種以上の酸化物は、焼結時に液相
を発生させ、セラミックスの緻密化に大いに役立つので
、常圧焼結法により緻密な焼結体を得るためには必須不
可欠なものである。しかしながら、前記したようにガラ
ス質相がβ−サイアロン粒子の界面に残るために、前記
β−サイアロン基セラミックスは１０００’Ｃ以上の高
温で強度低下が著しい。

そして、前記のβ−サイアロン基セラミックスを連続切
削用の工具材料として使用した場合には、高温に曝され
るすくい面と逃げ面の境界部〈切れ刃）にお【ノる摩耗
が著しい。これは、粒界結合相であるガラス質相の高温
が原因の強度低下によって生じるβ−サイアロン粒子の
剥離に帰因づるものと考えられる。

又、鋳鉄や非鉄材料の断続切削においては、前記のβ−
サイアロン基セラミックスもかなり有効である。しかし
、前記のβ−サイアロンｇセラミックスからなる製品は
、製品間の強度のバラツキ−大きく、断続切削に使用し
たどき、寿命に達４る前に、刃先が大きく欠損する場合
があり、問題となっている。原因としては製品の微小欠
陥（ＩＡ。

微小亀裂等）も考えられるが、月利自体の靭性が低いこ
とが本質的な問題である。

〔発明の目的〕

この発明の目的は、耐熱性（高温強度）と靭性が向上し
、製品間のバラツキの少ない、即ち信頼性が向上し、切
削チップや耐摩部品として使用することかできるサイア
ロン基セラミックスを得ることである。

〔知見事項〕

本発明者らは、鋭意研究の結束、前記の従来のβ−サイ
アロン基セラミックスに特定のウィスカーを特定量含有
させることにより、耐熱性、即ら例えば１２００℃とい
った１０００℃以上のＩｐ４ｍでの強度、と靭性とを向
上さＵることができることを見い出した。

〔発明の構成に欠くことができない事項〕この発明は、
上記知見に基いて発明されたちのであり、 ウィスカー相として、Ｓｉ　Ｃ，Ｓｔ　３　Ｎａ　。

Ｂ４　Ｃ及び１ｉＢｚからなる群より選ばれたウィスカ
ーのうちの１種又は２種以上：１〜３０ｍｆｆ１％。

Ｙ、Ｍ（１、Ｃａ及び希土類金属のうちの１種又は２種
以上と、Ａｔ、Ｓｉ、Ｏ及びＮと不可避不純物から構成
されるガラス質相：１〜２０重量％を含有し、残りが組
成式Ｓｉ　ｓ−ｚ　Ａｔ　ｚ　０ｚＮｓ−ｚ（但し、Ｏ
＜Ｚ≦４）で表わされるβ〜ザイアＯンからなる組成を
有することを特徴とするサイアロン基セラミックスであ
る。

（発明の構成要件） （ａ）　Ｓｔ　Ｃ，Ｓｔ　３　Ｎ４　、　Ｂａ　Ｃ，Ｔ
ｉ　Ｂ２のウィスカー これらのウィスカーはそれ自体常温から高温まで硬さ、
強度が高く、焼結後もウィスカーの形状のまま残存し、
このウィスカーが組織内に均一に分散した構造をとるこ
とによりセラミックスの高温強度を向上させ、かつ破壊
抵抗、即ち、靭性を　５− 大きくすることができ、又、硬くすることができる。

これらウィスカーの平均的１￥は通常０．１〜５μｍで
あるが、０．５〜１．５μｍが好ましい。そして、平均
の長さは通常２〜５０μｍであるが、長ずざると、混合
技術が難しく、焼結不良を生じ、信頼性の低いセラミッ
クスとなるために、３０μｍを越えない方が好ましく、
５〜２０μｍ位であると更に良い特性のセラミックスが
得られる。

これらのウィスカーの含有量が１％未満だと、所定の高
温強度、靭性及び硬さ、ひいては耐摩耗性の向上が見ら
れない。一方、３０％を越えると、焼結性が低下して常
温の強度（抗折力）が低くなり過ぎるし、信頼性も低い
ものとなるため、ウィスカーの含有量を１〜３０％に限
定した。

（ｂ）ガラス質相 ガラス質相は、β−Ｖイアロン形成化合物〈例えば、窒
化珪素と窒化アルミニウムとアルミナの混合物、窒化珪
素とシリカと窒化アルミニウムの混合物、Ｓｔ　２　Ｏ
Ｎ２と窒化アルミニウムの混合＝　６− 物）の一部と焼結助剤のＹ２０３　、Ｍ（ｌ　Ｏ。

ＣａＯ及び希土類金属の酸化物のうちの１種又は２種以
上とが反応して形成される。

その含有量が１％未満だと、得られたセラミックスの焼
結は不充分であり、焼結密度が低く、残存ボア愚か多く
なり、所望の靭性及び信頼性が得られない。一方、２０
％を越えて含有させると、高温強度の低下が著しくなる
ため、ガラス質相の含有量を１〜２０％に限定した。

（発明の附帯的事項） この発明のサイアロン基セラミックスは以下のように製
造される。

まず、ウィスカーは他原料粉末と同時混合してもかまわ
ないが、次のような混合方法が完全に均一な組織とし、
信頼性の高いセラミックスとすることができるので一層
好ましい。

市販のウィスカーを湿式で６０メツシュ篩いを１　通し
、ウィスカーの塊を除去し、篩下を原料として用いる。

一方、他原料は所望の配合組成にしたものをボールミル
等で十分に湿式混合しておき、得られた混合スラリーを
少し希釈してから、に記篩分けしたウィスカーを必要量
添加し、混合する。

次に、この混合物を大気中あるいは真空中で乾燥し、成
型加工し、約１６００〜１８００℃で１〜２時間の間焼
結する。焼結は１気Ｈの窒素中で行なうか、あるいは窒
素中でホットプレスすることにより行なう。

この焼結体を更に熱間静水圧プレスすると一層強度が向
上する。あるいは、成型加ＩＩ稈からのＨ粉体を適当な
窒素ガス圧下で焼結してもよい。

〔実施例〕

原料として平均粒径０．６μｍの３ｉ３Ｎ＋（α相含有
率：９０＠量％）粉末、平均粒径５　ｔｌｍのＡＩＮ粉
末、平均粒径０．１μｍのＡｔ２０３粉末。

平均粒径が３μｍで純度が９９．９％以上のＹ２０３　
。

Ｃａ　Ｏ，ＭＱ　Ｏ及びＤＶ　２０ａ粉末、平均直径ｏ
、ｓμｍｒ平均長さ１５μｍのＳｉ　Ｃ。

Ｓｔ　３　Ｎａ　、　８４　Ｃ及びＴｉ　８２のウィス
カーを用いた。

ウィスカーだけを前もってエタノールに浸漬して、軽く
攪拌後、６０メツシユの篩を通し、篩下を集めて減圧乾
燥した。

一方、ウィスカーを除く他の粉末は第１表に示す配合組
成に配合し、ボールミルによるエタノール中の混合を７
２時間行なった。この混合スラリーをエタノールで希釈
し、それに篩分したウィスカーを第１表に示す配合組成
になるように添加し、スターラーで６時間混合した。前
記の混合物を減圧乾燥後、１ｔ／ＣｄでＪＩＳ規格の形
状にプレス成形し、１気圧の窒素中において１７５０℃
で２時間焼結した。この焼結体を再度窒素中１７００”
Ｃ，１５００に９／ｃｄの圧力で１時間熱間静水圧プレ
スして、第１表に示すセラミックス組成を有する本発明
セラミックスＮ０１１〜２５を製造し、それらの常温及
び１２００℃におけるビッカース硬さ、常温及び１２０
０℃における抗折力並びにワイブル係数を測定して、そ
の結果を第１表に示す。

又、本発明の組成範囲から外れた第１表に示すような組
成を有する比較セラミックスについても−〇　− 同一の方法で製造し、この比較セラミックスと、ウィス
カーを含有しない従来ラミックスについても、同様に特
性を測定し、その結果をも合わせて第１表に示す。

第１表から明らかなように、ウィスカーを含まない従来
セラミックスに比較して、本発明せラミックスは、常温
における硬さも高温における硬さも格段に優れており、
しかも高温強度（抗折力）も格段に優れている。また、
ワイブル係数も大きい値を示した。

（発明の用途） 参考例 本発明セラミックスの中から選択したものと比較セラミ
ックスＮ０９１〜２と従来セラミックスを用いて、下記
の条件の連続切削試験を行ない、フランク摩耗を測定す
ることにより、耐摩耗性の評価を行なった。その結果を
第２表に示す。

〈切削試験条件〉 被削材：　Ｆｅ１２　（ブリネル硬さ：　１５０）切削
速度：４００ｒｎ／分 　１０− 第　２　表 の性能も良好である。

送り：　０３ｍ　／　ｒｅＶ。

切込み：　２．５＃１５１ 切削油：水容性オイル 切削時間：５分 第２表から明らかなＪ：うに、ウィスノＪ−を含有しな
い従来セラミックスに比べて、本発明しラミックスの場
合は耐摩耗性に優れ、５分の切削に耐えることができ、
しかも、その摩耗ωは約０２３〜０．３７　ａｍと小さ
いし、欠損も起こらない。これに対し、本発明セラミッ
クスのウィスカー含有量よりも少ない聞でウィスカーを
含有Ｊ−る比較１′！ラミックスＮｏ、１では、摩耗層
が多く、又、本発明のウィスカー含有量よりも多い比較
セラミックスＮｏ、２では、３分で切れ刃の欠損が起こ
る。

〔発明の総括的効果〕

この発明のウィスカー添加セラミックスは、特に高温で
の硬さ及び強度（抗折力）に優れ、又、靭性も向上し、
かつ、ワイブル係数が高く、製品間のバラツキが少ない
、即ち、信頼性の高いものである。この結果、切削チッ
プとして用いたとき　１４− 出願人　三菱金属株式会社 代理人　富　１）和　夫　外１名 −１５−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ウィスカー相どして、３ｉ　Ｃ，３ｉ　３　Ｎ４　。 Ｂ４　Ｃ及びＴｔ　Ｂ２からなる群より選ばれたウィス
   カーのうちの１種又は２種以上：１〜３０重量％。 Ｙ、ＭＯ、Ｃａ及び希土類金属のうちの１種又は２種以
   上と、ＡｌＳｉ、Ｏ及びＮと不可避不純物から構成され
   るガラス質相：１〜２０重量％を含有し、残りが組成式
   Ｓｔ　６−Ｚ　Ａｌ　ｚ　０ｚＮａ−ｚ（但し、０くＺ
   ≦４）で表わされるβ−サイアロンからなる組成を有す
   ることを特徴とするサイアロン基セラミックス。